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如何優化Buck電路的振鈴

在電源的應用中,我想Buck Converter 應該是我們接觸到最多的電源拓撲;也是我們理解其他電源拓撲的基礎,那么我們在完成DC-DC Buck電源設計后,一般工程師們會比較關注其電壓精度、帶載的能力、電源效率;這幾個常用參數,很少的去測試、關注SW處的波形,只有當出現問題或者進行EMC測試的時候,才去關注SW處的過沖、高頻噪聲這些問題。

那么下面介紹一下在DC-DC Buck電源設計時,經常在SW處預留的RC的作用以及計算方式。

根據上圖:我們知道在PCB Layout的時候,上MOS管 SWH和下MOS管SWL之間或多或少存在寄生參數,如:寄生電感LP1、LP2,MOS管及走線的寄生電容總會CP1、CP2;當MOS進行開關動作時由于存在寄生參數,那么就會產生高頻諧振、過沖。如下圖:

那么以前我們只會根據經驗先放R=2~10ohm C=47-470pF;再測試,不合適再換一組,多換幾次總是能找到合適的。但是最終我們還是不知道,為什么這組RC值可以;或者是不是還能再優化;或者說下次不同的PCB Layout參數不同的寄生參數后,這組RC值還能不能行?

那當我們弄清楚為什么會產生這個振鈴/過沖后,我們是通過估算得到合適的RC,雖然可能得到的RC值也是和你經驗值差不多。但是我們以后就知道為什么要加RC、這些參數怎么算出來的。

下面我們正式開始計算步驟:

(1)在沒有加任何器件的時候使用最小環路測試SW的波形,測試振鈴頻率fr,比如fr=217.4MHz

 Lp、Cp為寄生參數:就是產生振鈴的元兇。 

(2)在SW 和GND之間只焊接CP0=680pF電容,【主要是用于計算寄生電容Cp】再測試一次SW,如fr1=108.7MHz,如下圖:

(3)通過fr、fr1,就能求解寄生電容Cpz:

如果fr1剛好是fr的一半:Cpz=Cp0/3; 得到Cpz后,再代入fr中,求出Lp。

(4)得到諧振的特征阻抗Z;那么RC中的R值,就知道了,需要選擇R大于等于Z。

(5)選擇C的容值為1-4倍的Cpz.

最后,我們還要知道,放置RC緩沖是會降低一點點功耗的,估算計算公式:

C為選擇的電容,Vin為輸入電壓,fsw為開關頻率。

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